Une nouvelle fonction pour la transferrine exprimée par le testicule

Androl. (2009) 19:81-89
DOI 10.1007/s12610-009-0013-3
REVUE
Une nouvelle fonction pour la transferrine exprimée par le testicule
A new function for transferrin expressed in testes
B. Fumel* · A. Sow · S. Fouchécourt · F. Guillou
Reçu le 26 janvier 2009 ; accepté le 21 mars 2009
© Springer-Verlag 2009
Résumé Chez l’homme, les oligospermies sévères sont
associées à un faible taux de transferrine dans le liquide
séminal. La transferrine apparaît comme un bon indicateur
pour définir les dysfonctionnements testiculaires. Son
niveau d’expression dans le testicule doit être parfaitement
contrôlé. Elle y joue un rôle dans le transport du fer. Mais
de récents résultats montrent l’existence d’une forme
dimérique de la transferrine sertolienne comme puissant
régulateur de la phagocytose des corps résiduels par les
cellules de Sertoli.
Mots clés Transferrine · Testicule · Cellules de Sertoli ·
Phagocytose · Corps résiduel
Abstract In men, oligozoospermia corresponds with a low
level of transferrin in semen. Transferrin appears to be a
relevant indicator of gonadal function. Transferrin expression in normal testes is perfectly controlled. Transferrin
contributes to iron transport. However, recent results show
the existence of a dimeric form, which acts as a powerful
regulator of phagocytosis of residual bodies by Sertoli cells.
A disturbance of this new highlighted function may account
for some forms of oligozoospermia.
Keywords Transferrin · Testis · Sertoli cells · Phagocytosis ·
Residual bodies
B. Fumel (*)
INRA, UMR85 Physiologie de la reproduction
et des comportements, F-37380 Nouzilly, France
e-mail : [email protected]
A. Sow
CNRS, UMR6175, F-37380 Nouzilly, France
S. Fouchécourt
Université François Rabelais de Tours, F-37041 Tours, France
F. Guillou
Haras nationaux, F-37380 Nouzilly, France
* Betty Fumel a obtenu le Prix Master SALF 2008.
Abréviations: ACTH, adreno corticotropic hormone ;
hormone corticotrope ; AMPc, cyclic adenosine monophosphate ; adénosine monophosphate cyclique ; AP1, activating
protein 1 ; protéine d’activation 1 ; Axl, receptor tyrosinekinase, which regulates the phagocytic function; same
tyrosine-kinase subfamily as Mer and Tyro-3-Sky ; récepteur
tyrosine-kinase régulant la phagocytose, même famille que
Tyro3 et Mer ; CD36, cluster of differentiation 36 ; cluster
de différenciation 36 ; COUP-TF, chicken ovalbumin
upstream promoter transcription factor ; facteurs de transcription du promoteur de l’ovalbumine de poulet ; CREB,
cAMP response element-binding ; élément de réponse à
l’AMPc ; DMT1, divalent metal transporter 1 ; transporteur
membranaire du fer ; EGF, epidermal growth factor ; facteur
de croissance des cellules de l’épiderme ; FGF, fibroblast
growth factor ; facteur de croissance des fibroblastes ; FSH,
follicle-stimulating hormone ; hormone folliculostimulante ;
Gas6, growth arrest-specific gene 6 ; gène 6 spécifique de
l’arrêt de croissance ; GH, growth hormone ; hormone
de croissance ; IGF, insulin-like growth factor ; facteur de
croissance à l’insuline ; IGF-BP, insulin-like growth factorbinding protein ; protéine de liaison des IGF ; IL, interleukines ; LH, luteinizing hormone ; hormone lutéinisante ;
Mer, receptor tyrosine-kinase (Mertk, Nyk, c-Eyk), which
regulate the phagocytic function; same tyrosine-kinase
subfamily as Axl3 and Tyro-3-Sky ; récepteur tyrosine-kinase
(Mertk, Nyk, c-Eyk) régulant la phagocytose, même famille
que Tyro3 et Axl. Nramp2 : natural resistance associated
macrophage protein 2 ; protéine associée aux macrophages
de type 2 ; PModS, peritubular factor that modulates sertoli
cell function ; facteurs péritubulaires modulant les fonctions
sertoliennes ; PR, proximale region ; région proximale ;
P450scc, P450 cholesterol side-chain cleavage ; protéine de
clivage de la chaîne latérale du cholestérol ; SE1, specific
element 1 ; élément spécifique 1 ; SHBG, sex hormonebinding globulin ; protéine de liaison aux stéroïdes ; SIE, cisinductible element ; élément cis-inductible ; SRB1, class B 1
scavenger receptor ; récepteur scavenger de classe B ; SRE,
serum response element ; élément de réponse au sérum ;
StAR, steroidogenic acute regulatory protein ; protéine de
82
régulation de la stéroïdogenèse ; TGF, transforming growth
factor ; facteur de différenciation ; TNFα, tumor necrosis
factor alpha ; facteur de nécrose tumoral alpha ; TSH,
thyroïd stimulating hormone ; thyréostimuline ; Tyro3-Sky,
receptor tyrosine-kinase, which regulates the phagocytic
function, same tyrosine-kinase subfamily as Axl3 and Mer ;
récepteur tyrosine-kinase régulant la phagocytose, même
famille que Mer et Axl.
Transferrine : marqueur du bon fonctionnement
du testicule
Le testicule, siège de la spermatogenèse, est constitué de
deux compartiments : l’interstitium et les tubes séminifères.
L’interstitium est constitué d’un tissu lâche riche en
vaisseaux sanguins et lymphatiques où sont répartis des
amas de cellules de Leydig et des cellules libres tels que
les macrophages, les lymphocytes et les fibroblastes. Les
cellules de Leydig sont le site majeur de la stéroïdogenèse
avec production d’androgènes essentiellement sous la forme
de testostérone. Les tubes séminifères se composent de
cellules germinales à différents stades de différenciation,
enchâssées entre les cellules de Sertoli qui s’appuient sur la
membrane basale. Du fait de leur situation topologique, les
cellules de Sertoli sont les seules cellules communiquant
directement avec les cellules germinales. Elles assurent
ainsi plusieurs fonctions à l’intérieur des tubes séminifères :
elles fournissent un support architectural aux cellules
germinales, créent la barrière hématotesticulaire, assurent
la nutrition des cellules germinales, sécrètent des facteurs
de croissance et des protéines de transport, contrôlent la
spermatogenèse et assurent la phagocytose des cellules
germinales apoptotiques et des corps résiduels. En l’absence
du support architectural et métabolique des cellules de
Sertoli, la différenciation des cellules germinales, leur
méiose et leur maturation en spermatozoïdes ne peuvent
pas avoir lieu. La transferrine peut être considérée comme
un marqueur du bon fonctionnement des cellules de Sertoli.
Ce sont ces dernières qui synthétisent la transferrine dans
les tubes séminifères du testicule, cette synthèse correspondant à 5 % des protéines totales sécrétées par la cellule [1].
Chez l’homme, des oligospermies sévères sont associées
à un faible taux de transferrine dans le liquide séminal [2,3].
Les auteurs émettent l’hypothèse que le faible taux de
transferrine dans le liquide séminal révèle un dysfonctionnement des cellules de Sertoli, qui pourrait affecter la qualité
et/ou le nombre de spermatozoïdes produits [2,3]. Cependant,
le faible niveau de transferrine pourrait être expliqué par le
nombre réduit de cellules de Sertoli présentes dans le
testicule des hommes oligospermiques. En effet, il a été mis
en évidence une corrélation entre le niveau de transferrine
dans le plasma séminal et le nombre de spermatozoïdes
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chez l’homme et chez le taureau, ce nombre étant directement
corrélé au nombre de cellules de Sertoli [4-7].
Chez l’homme, plusieurs études ont montré que le taux
de transferrine était affecté lors de pathologies touchant la
fonction testiculaire. Barthelemy et al. ont montré, en 1988,
que la nature du dysfonctionnement des tubes séminifères
peut être précisément définie en mesurant le taux de
transferrine et en l’associant à d’autres valeurs biologiques
[4]. Yoshida et al., en 1988, ont montré que chez les
patients atteints de varicocèles, la perturbation de la
spermatogenèse peut être associée à la diminution de
production de transferrine [8]. De plus, il existe une forte
corrélation entre la cinétique d’arrêt de la spermatogenèse et
la diminution des ARNm de la transferrine [9]. Cela signifie
que le niveau d’expression de la transferrine est un
indicateur du bon fonctionnement de la cellule de Sertoli.
En 1996, Zalata et al. ont montré que le récepteur soluble
de la transferrine du plasma séminal est un bon marqueur
de la spermatogenèse, et qu’il peut donner de bonnes
indications sur la présence ou l’absence de cellules
germinales dans les cas d’azoospermie [10].
Chez les souris hypotransferrinémiques, qui, du fait d’une
mutation dans le gène de la transferrine, ne présentent que 1 à
2 % du taux normal de transferrine, il y a une réduction du
nombre de cellules germinales suggérant que la transferrine
peut jouer un rôle important dans la spermatogenèse [11].
Toutes ces études montrent que la transferrine sécrétée
par les cellules de Sertoli pourrait être impliquée dans
les grandes fonctions sertoliennes qui contrôlent le bon
déroulement de la spermatogenèse. L’objectif de cette revue
est de faire le point des connaissances actuelles sur le rôle
de la transferrine dans les fonctions testiculaires.
Transferrine
La transferrine, anciennement appelée sidérophiline, est une
glycoprotéine présente dans le fluide biologique des
vertébrés et des invertébrés. Elle appartient à une famille
de protéines qui comprend la lactoferrine, la mélanotransferrine (antigène p97) et l’ovotransferrine de poulet encore
appelée conalbumine.
La transferrine est une glycoprotéine d’un poids moléculaire d’environ 79 kDa, composée d’une seule chaîne
polypeptidique de 679 résidus d’acides aminés. Des études
cristallographiques de la protéine ont permis de visualiser
deux domaines fonctionnels homologues : l’un N-terminal
(résidus 1-336) et l’autre C-terminal (337-679) [12]. Il existe
environ 50 % d’homologie entre les résidus d’acides aminés
qui composent ces deux domaines [13]. Chacun des domaines
peut fixer un ion Fe3+ avec une très forte constante d’affinité
comprise entre 1 à 6,10–22 M–1 [14]. Outre le fer, la
transferrine peut fixer d’autres métaux comme le Cu2+, Mn2+,
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Zn2+, Al3+ avec une constante d’affinité plus faible, par
exemple 3,10–12 M–1 pour le cuivre et 7,10–6 M–1 pour le zinc.
Le foie est le principal site de synthèse de la transferrine.
Dès sa synthèse par les hépatocytes, la transferrine est
aussitôt sécrétée dans le sang [15]. Chez l’embryon de souris,
la présence de l’ARNm de la transferrine est détectée par
hybridation in situ dans le tissu endodermique du sac vitellin
et dans des clusters de l’aire primordiale du foie à 9,5 jours
embryonnaires [16,17]. Chez le rat, la transferrine est
synthétisée par le foie à partir du 15e jour de gestation
[15,18] et le niveau des ARNm de la transferrine double entre
le 17e jour de gestation et le 1er jour après la naissance [19].
La synthèse de transferrine est aussi détectée dans
d’autres organes qui présentent des barrières hématiques,
comme le système nerveux central (les plexus choroïdes, les
oligodendrocytes), les cellules de la rétine [20,17,21], ainsi
que dans la glande mammaire [22] et le testicule [23].
La transferrine sécrétée par les cellules de Sertoli du
testicule présente une composition identique en acides
aminés et le même poids apparent que la transferrine
sérique. Cependant, elle a une composition en sucre
quantitativement plus importante : en effet, elle contient le
double de galactose et 20 % de plus de glucosamine que la
transferrine sérique [1].
La transferrine est détectée dès la vie fœtale dans le
testicule. En effet, l’analyse de testicules fœtaux de rats a
montré la présence des ARNm de la transferrine dès
14,5 jours post-coïtum [24]. Elle est considérée comme un
marqueur de différenciation des cellules de Sertoli, car son
niveau d’expression augmente avec l’âge, parallèlement à la
maturation des cellules de Sertoli. Les cellules de Sertoli
isolées de rats prépubères de dix jours sécrètent environ 2 ng
de transferrine par μg d’ADN, celles isolées de rats de
20 jours sécrètent environ 20 ng de transferrine par μg
d’ADN, et celles isolées de rats âgés de 35 jours sécrètent
60 ng de transferrine par μg d’ADN [25,26]. L’augmentation
de la biosynthèse de la transferrine durant le développement
testiculaire n’est pas due à une variation du taux et de la
demi-vie des ARNm de la transferrine mais dépend de
l’augmentation du taux de traduction de ces ARNm [26].
Chez l’adulte, le niveau d’expression des ARNm de la
transferrine varie selon les stades du cycle de l’épithélium
séminifère. Chez le rat, le niveau d’ARNm de la transferrine
est maximal autour des stades XIII-IX, où se déroulent les
deux divisions méiotique et minimale autour du stade VIII,
pendant le remodelage des jonctions serrées, la spermiation
et la phagocytose des corps résiduels par les cellules de
Sertoli [27]. La surexpression de la transferrine humaine par
transgenèse chez la souris a pour conséquence une
surexpression de la transferrine endogène et provoque une
altération, à partir de cinq mois, de la fonction testiculaire
qui conduit à une réduction de 36 % de la réserve
spermatique [28]. Cette observation montre que le niveau
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d’expression de la transferrine dans le testicule doit être
parfaitement contrôlé.
Régulation de l’expression de la transferrine
dans le testicule
La régulation de la synthèse de transferrine par les cellules
de Sertoli a fait l’objet de nombreuses études. Plusieurs
facteurs hormonaux, paracrines ou autocrines, peuvent
influencer la synthèse de transferrine par les cellules de
Sertoli. Ces facteurs ont fait l’objet de quelques études chez
l’homme et chez la souris. Néanmoins, les études in vitro
sont généralement réalisées sur des rats de 19-20 jours. La
majorité des travaux concerne l’effet de la FSH sur
l’expression et la régulation de la transcription du gène de
la transferrine par cette hormone. La FSH, ajoutée à des
cultures de cellules de Sertoli isolées de rats âgés de
20 jours, provoque une augmentation de 1,25 fois du niveau
des transcrits de la transferrine et de 2,8 fois de la
transferrine sécrétée. Cet effet de la FSH semble maximal
à 25 ng/ml, puisqu’une augmentation de la concentration
jusqu’à 1 μg/ml n’augmente plus son effet [29]. Les travaux
de Suire et al. montrent que l’effet de la FSH passe par une
augmentation de l’AMPc intracellulaire [30]. L’administration d’un analogue non hydrolysable de l’AMPc, le
dibutyryl-AMPc, à 10 μM, mime l’action de la FSH et
entraîne une augmentation respective de 1,5 et de 3 fois des
ARNm et de la transferrine. Cet effet stimulateur de la FSH
sur la sécrétion de la transferrine a été retrouvé chez la
souris, le mouton et l’homme [31-33]. La région promotrice
comprise entre [–126 ; +1pb] est suffisante pour assurer un
niveau basal de transcription du gène de la transferrine
humaine et sa régulation par la FSH dans les cellules de
Sertoli. Cette région contient deux sites d’interaction ADNprotéines dénommés PRI et PRII. Les facteurs de
transcription qui interagissent avec ces sites ont été
caractérisés par gel retard. Le facteur COUP-TF se fixe
sur le site PRI, tandis que le facteur CREB se fixe sur le site
PRII [34]. La mutation du site PRI fait chuter la
transcription basale de 20 % mais amplifie l’action de la
FSH en facilitant l’action de la protéine CREB. Le facteur
COUP-TF qui interagit avec le site PRI joue un rôle négatif
sur la fixation de la protéine CREB. La mutation du site
PRII fait chuter la transcription basale de 50 % et abolie
l’effet de la FSH [34]. La sécrétion de la transferrine dans
les cellules de Sertoli en réponse à une stimulation par la
FSH varie selon l’âge des animaux testés. À dix jours, le
niveau basal de transferrine, qui est de 2 ng/μg d’ADN, est
stimulable d’environ deux fois après 72 heures d’incubation
avec l’hormone. À 20 jours, le niveau basal à 20 ng/μg
d’ADN est stimulable d’environ 1,7 fois dans les mêmes
conditions. En revanche, à 35 jours, le niveau basal très
84
élevé est de 60 ng/μg d’ADN, et la FSH n’a aucun effet
stimulateur sur la sécrétion de la transferrine [25].
In vivo, l’hypophysectomie de rats de 20 jours ou de
40 jours engendre un effondrement de 97 % des ARNm de
la transferrine d’origine testiculaire. L’injection de FSH
permet un rétablissement partiel des ARNm de la transferrine
chez les animaux âgés de 20 jours. En revanche, à 40 jours,
l’administration de la FSH n’a aucun effet [35]. Chez des
animaux âgés de 60 jours, des expériences complémentaires
ont montré que l’injection d’un analogue de la GnRH, qui
bloque aussi bien la sécrétion de la FSH que de la LH,
entraîne un effondrement du niveau des ARNm de la
transferrine [36]. Il est important de signaler que l’hypophysectomie abolit non seulement les sécrétions de FSH et de
LH, mais également celles d’autres hormones hypophysaires
telles que la GH, la TSH ou l’ACTH.
Chez le rat, une carence en rétinol entraîne une
diminution des ARNm de la transferrine d’origine testiculaire, alors que les ARNm de la transferrine d’origine
hépatique restent inchangés [9]. Cette diminution des
ARNm de la transferrine dans le testicule est d’environ
86 % et s’accompagne d’une diminution de la taille des
testicules, ainsi que d’un arrêt de la spermatogenèse. Des
injections d’acide rétinoïque ou une supplémentation en
vitamine A entraînent une restauration de la spermatogenèse
et une augmentation de l’expression des ARNm de la
transferrine. Cette restauration du système va également
favoriser la synchronisation du cycle de l’épithélium
séminifère. In vitro, l’addition de la vitamine A sous
forme d’acide rétinoïque ou de rétinol provoque une
augmentation des ARNm et la sécrétion de la transferrine
par les cellules de Sertoli chez le rat âgé de 20 jours [29,37].
Il a également été rapporté un effet stimulateur du rétinol
sur la sécrétion de la transferrine sertolienne chez les ovins
et chez l’homme [33,38]. Le rétinol ne modifie pas la
stabilité des ARNm de la transferrine [9]. Il pourrait agir en
augmentant l’activité transcriptionnelle ou la traduction des
ARNm de la transferrine, mais jusqu’à présent, aucune
étude précise montrant le mécanisme d’action du rétinol sur
l’expression de la transferrine n’a été publiée.
La testostérone seule ne semble pas stimuler la sécrétion
de la transferrine ni chez le rat, ni chez l’homme, ni chez les
ovins [29,31,33]. Des études ont montré que l’ajout de la
testostérone (200 ng/ml) sur des cultures de cellules de
Sertoli postpubères humaines n’a pas d’effet sur la sécrétion
de la transferrine par ces cellules [38]. Cependant, le niveau
de transferrine pourrait réguler la stéroïdogenèse via les
IGF-BP. En effet, il a été montré que la transferrine peut
former un complexe avec les IGF-BP [39]. La formation de
ce complexe a pour conséquence une augmentation accrue
de l’affinité de l’IGF1 pour l’IGF-BP. Ce phénomène
pourrait être à l’origine, dans le testicule, de la diminution
de la réponse de la testostérone à la LH observée chez les
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souris transgéniques surexprimant la transferrine dans le
testicule [28]. En effet, il est connu chez le rat que l’IGF1
sécrété par les cellules de Sertoli contrôle l’expression des
récepteurs à la LH, ainsi que l’activité d’enzymes de la
stéroïdogenèse telles que P450scc, StAR [40].
Chez les rats hypophysectomisés de 20 jours, il y a un
effondrement des ARNm de la transferrine. L’injection
quotidienne de testostérone ne restaure pas les taux
d’ARNm de la transferrine. En revanche, l’injection
quotidienne de testostérone à des rats de 40 jours, après
une hypophysectomie, rétablit de moitié le taux des ARNm
de la transferrine [35]. Roberts et al. ont montré que
l’augmentation des ARNm de la transferrine après injection
de testostérone dans le cas de rats adultes hypophysectomisés était corrélée au nombre de cellules germinales plutôt
qu’à la réponse à la testostérone [41]. En effet, il a été
montré que des cocultures de cellules germinales (spermatocytes pachytènes et spermatides) ainsi que leurs milieux
conditionnés stimulent l’expression des ARNm de la
transferrine par les cellules de Sertoli de rat [42,43]. De
plus, les cellules germinales peuvent agir sur la sécrétion de
la transferrine via la sécrétion du facteur de croissance
FGF2.
Les cellules péritubulaires, placées en coculture avec les
cellules de Sertoli humaines, provoquent, elles aussi, une
augmentation de la transferrine sécrétée dans le milieu [38].
Le facteur responsable de cet effet a été isolé et dénommé
PModS. Le PModS stimule la sécrétion de la transferrine de
quatre fois par les cellules de Sertoli isolées de rats âgés de
10, 20 ou 35 jours [25]. Cette augmentation de la sécrétion
de la transferrine en présence de PModS est due à une
augmentation de l’activité transcriptionnelle du gène de la
transferrine. Le PModS n’influence pas la demi-vie des
ARNm de la transferrine [44]. L’inhibition de l’action de
PModS par le cycloheximide, inhibiteur de synthèse
protéique, suggère que le facteur requière des protéines
nouvellement synthétisées pour son action stimulatrice sur la
transferrine. L’action du PModS sur la transcription du gène
de la transferrine pourrait impliquer le proto-oncogène c-fos.
En effet, il a été identifié deux sites de réponses (SRE et SIE)
à PModS au niveau du promoteur du gène c-fos. L’addition
de PModS provoque une augmentation rapide (environ une
heure) de l’expression de c-fos [44]. C-fos activerait donc, via
son site consensus AP1, un gène intermédiaire, qui reste à
caractériser et dont le produit agirait sur deux sites, nommés
SE1 et 2, au niveau du promoteur de la transferrine [45].
L’ensemble de ces données est à confirmer in vivo.
Cependant, PModS est reconnu comme médiateur indirect
de l’action des androgènes sur les cellules de Sertoli, car la
réponse aux androgènes est amplifiée en sa présence.
L’action des androgènes sur l’expression de la transferrine
in vivo pourrait être médiée par les cellules péritubulaires via
PModS.
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La sécrétion de la transferrine par les cellules de Sertoli
peut également être modulée par un grand nombre de
facteurs de croissance. Parmi eux, on retrouve des facteurs
de croissance qui peuvent se lier à des récepteurs à activité
sérine-thréonine-kinase : le TGFβ et le FGF. L’ajout de
TGFβ ou de TGF (10 ng/ml) dans le milieu de culture
provoque une augmentation de la sécrétion de la transferrine
par les cellules de Sertoli de rat. Il a également été montré
que l’activine stimule la sécrétion de la transferrine par les
cellules de Sertoli [46].
Dans des cultures de cellules de Sertoli polarisées en
chambre bicamérale, l’addition de l’EGF stimule la
sécrétion de la transferrine [47]. Cependant, les travaux de
Hoeben et al. montrent qu’il est difficile de discerner l’effet
spécifique de l’EGF, du FGF et du TGFβ sur la transferrine
et de leur effet sur l’ensemble des sécrétions protéiques.
En effet, en prenant en compte la quantité de protéines
produites, l’effet de ces facteurs sur la sécrétion de la
transferrine ne semble pas significatif [48].
Les interleukines (IL), IL-1 et 6 stimulent également la
production de la transferrine par les cellules de rat et de
souris en culture [32,49,50]. De même, le facteur de
croissance TNFα stimule la production de la transferrine par
les cellules de Sertoli [49,50]. Cependant, leurs modes
d’action restent pour l’instant inconnus.
L’ensemble de ces travaux montre que de nombreux
facteurs connus pour contrôler les fonctions sertoliennes
sont capables d’activer l’expression de la transferrine par
les cellules de Sertoli. Toutefois, à ce jour, il n’a pas été
identifié de facteur capable de réprimer directement
l’expression de la transferrine par les cellules de Sertoli.
Rôle de la transferrine dans le testicule
La transferrine présente dans le sang est connue depuis de
nombreuses années comme une protéine transporteur de fer, il
est donc facile d’imaginer que cette protéine sécrétée par le
testicule y joue le même rôle du fait de la présence de la
barrière hématotesticulaire. Le fer provenant de la circulation
sanguine ne peut arriver directement aux cellules germinales
méiotiques ou postméiotiques. De ce fait, la cellule de Sertoli a
mis en place un système judicieux permettant de véhiculer le
fer de la circulation sanguine vers les cellules germinales
situées au-delà de cette barrière hématotesticulaire. Le
mécanisme proposé est le suivant : la transferrine sérique
chargée de deux atomes de fer se fixe sur son récepteur situé
du côté basal des cellules de Sertoli, le complexe est internalisé
par la membrane basolatérale puis amené jusqu’aux endosomes. L’acidification à l’intérieur des endosomes (pH : 5,5),
du fait de la présence de pompes à protons, entraîne une
dissociation du fer du complexe transferrine-récepteur.
L’apotransferrine sérique, liée à son récepteur, est recyclée
85
vers la surface. Le fer, libéré dans la cellule de Sertoli, est soit
stocké par la ferritine qui peut recueillir plus de 4 500 atomes
de fer, soit, dans la plupart des cas, pris en charge par la
transferrine synthétisée par la cellule de Sertoli et transporté
dans l’espace intercellulaire apicolatéral. La transferrine
sertolienne, liée au fer, se fixe sur son récepteur situé au
niveau des spermatocytes et des spermatides [51,52]. Le fer est
alors pris en charge par la ferritine se trouvant dans la plupart
des cellules germinales, en particulier les spermatocytes
pachytènes, ou incorporé dans des protéines [53,54].
Il a également été identifié au niveau des endosomes des
cellules de Sertoli et au niveau des phagosomes la présence
d’un transporteur de fer Nramp2/DMT1, ferroportine. Ce
dernier pourrait jouer un rôle dans le recyclage du fer
provenant des cellules germinales phagocytées [55]. Il est
tout de même important de noter qu’un excès de fer est
néfaste pour le testicule, car une augmentation de fer dans
cet organe, par des injections intrapéritonéales de FeSO4 à
des rats, conduit à une nécrose des cellules germinales et à
une réduction du nombre de spermatides après trois jours de
traitement [56]. Chez le rat, Idzerda et al. ont montré qu’un
déficit en fer, in vivo, entraîne une augmentation de la
quantité des ARNm de la transferrine d’origine hépatique,
alors que celle d’origine testiculaire reste inchangée,
suggérant que l’expression de la transferrine sertolienne
n’est pas contrôlée par le niveau en fer [57].
Afin d’évaluer l’importance de la transferrine pour les
fonctions des cellules de Sertoli, une approche par inhibition
de l’expression de cette protéine via ARN interférence a été
réalisée in vitro. Les ARN interférences (iARN ou siARN)
sont de petits ARN doubles brins (21nt) capables d’induire la
dégradation des transcrits endogènes homologues, mimant
ainsi l’effet d’une perte de fonction de l’activité génique.
Grâce à cette technologie, une diminution de 80 % de la
transferrine sécrétée par des cultures primaires de cellules de
Sertoli isolées de testicules de rats âgés de 19 jours a été
obtenue. Cette diminution de 80 % de la transferrine ne
modifie ni la viabilité des cellules de Sertoli, ni la production
de lactate, principal substrat énergétique des cellules
germinales. En revanche, l’inhibition de la transferrine
entraîne une augmentation de la phagocytose des corps
résiduels par les cellules de Sertoli. La phagocytose est un
processus physiologique permettant l’élimination de cellules
apoptotiques et des débris cellulaires. Elle peut être divisée
en quatre grandes phases : une phase de reconnaissance, une
phase d’adhésion, une phase d’ingestion, puis une phase de
digestion. Dans le testicule, au cours de la différenciation
spermatogénique, plus de la moitié des cellules meurent par
apoptose avant d’atteindre le stade de spermatozoïde. De
plus, lors de la spermiation, les spermatides allongées libèrent
leur excès de cytoplasme résiduel (corps résiduels) avant
de passer au stade spermatozoïde. Ces cellules germinales
apoptotiques et ces corps résiduels sont phagocytés par les
86
cellules de Sertoli pour assurer le bon déroulement de la
spermatogenèse. L’inhibition de l’expression de la transferrine provoque une augmentation accrue de la phase
d’ingestion des corps résiduels. L’addition de transferrine
inhibe la phase d’ingestion des corps résiduels par les cellules
de Sertoli. Mais, de façon surprenante, la transferrine, pour
être active, doit être sous une forme dimérique complexée à
plusieurs atomes de fer. La forme monomérique de la
transferrine n’a aucun effet sur ce processus de phagocytose
[58]. De façon inattendue, la transferrine se révèle être un
modulateur physiologique de la phagocytose des corps
résiduels par les cellules de Sertoli.
Les cellules germinales apoptotiques sont reconnues par les
cellules de Sertoli via une exposition de résidus phosphatidylsérine à leur surface [59]. Les cellules de Sertoli expriment
des récepteurs qui reconnaissent ces résidus phosphatidylsérine. Il s’agit de récepteurs multiligands scavenger de classe B
type I (SRBI) [60,61]. Toutefois, des études ont montré que
l’utilisation d’un anticorps spécifique dirigé contre SRBI
bloque en partie seulement la phagocytose des cellules
germinales apoptotiques et des corps résiduels par les cellules
de Sertoli [60]. En effet, il a été démontré qu’un autre membre
de la famille des récepteurs scavenger de classe B, CD36, est
également impliqué dans la reconnaissance des cellules
phagocytiques par les cellules de Sertoli [62].
Outre les récepteurs CD36 et SRBI impliqués directement
dans la reconnaissance des résidus phosphatidylsérine à la
surface des cellules apoptiques, les cellules de Sertoli
expriment d’autres types de récepteurs pouvant reconnaître
indirectement les signaux apoptiques via des protéines de
pontage. En effet, le récepteur Mer, un récepteur à activité
tyrosine-kinase, ainsi que son ligand Gas6 ont été mis en
évidence au niveau des cellules de Sertoli [63]. Aucune étude
n’a montré, à ce jour, l’implication de Gas6 et de son
récepteur Mer dans le processus de phagocytose médiée par
les cellules de Sertoli. Toutefois, au niveau des macrophages,
Gas6 forme un pont entre les cellules apoptotiques et les
cellules phagocytiques [64]. Gas6 est une protéine γ-carboxylée composée d’un domaine Gla N-terminal, d’une répétition
de quatre domaines EGF-like et d’un domaine SHBG en Cterminal. Gas6 interagit, d’une part, avec les résidus
phosphatidylsérine via son domaine Gla (domaine constitué
d’une répétition d’acides γ-carboxyglutamique) et, d’autre
part, avec son récepteur Mer via son domaine SHBG [64,65].
Une invalidation du récepteur Mer entraîne une diminution
de la phagocytose des thymocytes apoptotiques par les
macrophages par inhibition de la phase d’ingestion [66,67].
Un rôle similaire dans la phagocytose par les cellules de
Sertoli ne peut être exclu. En effet, l’action de la transferrine
dimérique sur la phagocytose n’est pas exclusive aux cellules
de Sertoli. Les travaux de Sakamoto et al. montrent que
les formes dimérique et/ou tétramérique de la transferrine
sont des activateurs de la phagocytose médiée par les
Androl. (2009) 19:81-89
polynucléaires neutrophiles [68]. Il est donc probable que les
mécanismes moléculaires, mis en jeu au cours de l’ingestion
des particules à phagocyter par les phagocytes « professionnels », et les phagocytes « non professionnels » fassent
intervenir les mêmes acteurs moléculaires. L’invalidation du
récepteur Mer, ainsi que deux autres récepteurs de Gas6, Axl
et tyro3, entraînent une diminution d’un tiers de la taille des
testicules et un défaut de la spermatogenèse qui se traduit par
une absence de spermatozoïdes matures [69].
L’ingestion des cellules germinales apoptotiques présentant des résidus phosphatidylsérine à leur surface peut être
inhibée de 50 % par ajout de l’annexine A5 au début du
processus d’apoptose des cellules germinales [70]. Cela
implique l’existence d’autres signaux en plus de l’exposition
des résidus de phosphatidylsérine pour transmettre le signal
aux cellules phagocytiques. Il est tentant d’émettre l’hypothèse que la variation du niveau d’expression de la transferrine
pourrait être ce signal. Plusieurs observations confortent cette
hypothèse. L’addition de FSH inhibe l’ingestion des corps
résiduels par les cellules de Sertoli, même si elle favorise leur
liaison à la surface de ces cellules [71]. Or, la FSH est un
puissant régulateur de l’expression de la transferrine par les
cellules de Sertoli. Yefimova et al. ont montré que
l’expression du dimère de la transferrine est détectée dans
le milieu des cellules de Sertoli uniquement quand ces
cellules sont stimulées par la FSH et le rétinol [58].
Au cours du cycle de l’épithélium séminifère, le niveau
d’expression de la transferrine par les cellules de Sertoli
varie. L’expression des ARNm de la transferrine s’effondre
pendant les stades VIII et IX. Or, ces stades du cycle de
l’épithélium séminifère correspondent à la spermiation,
chez le rat, qui se caractérise par une élimination accrue des
corps résiduels et par une forte activité de phagocytose des
cellules de Sertoli [72-75]. Toutes ces observations sont
compatibles avec l’idée que la diminution de l’expression
de la transferrine pourrait être un signal inducteur de
l’ingestion des corps résiduels et/ou que la transferrine est
un régulateur du niveau d’ingestion des corps résiduels.
Conclusion et perspectives
La découverte récente de l’existence de plusieurs formes de
transferrine exprimées par les cellules de Sertoli ouvre un
large champ d’investigation. En effet, de nombreuses
questions se posent désormais : quelle est la structure
moléculaire qui permet la constitution du dimère ? Comment
et où se forme-t-il dans la cellule de Sertoli ? Comment la
présence de fer modifie la conformation du dimère afin qu’il
devienne actif ? La démonstration in vitro de l’implication de
la forme dimérique de la transferrine dans la régulation de la
phagocytose des corps résiduels par les cellules de Sertoli
nous conduit, d’une part, à vérifier, in vivo, cette observation
Androl. (2009) 19:81-89
en développant des modèles de souris invalidés conditionnellement pour la transferrine ou surexprimant spécifiquement la transferrine dimérique dans les cellules de Sertoli et,
d’autre part, à identifier les mécanismes moléculaires qui
permettent à la transferrine d’inhiber l’ingestion des corps
résiduels par les cellules de Sertoli. Une attention particulière
sera portée sur l’effet de la transferrine sur l’expression du
récepteur Mer et de son ligand Gas6. Enfin, au regard de
cette nouvelle fonction de la transferrine et de l’importance
de l’élimination des cellules germinales apoptotiques et des
corps résiduels par les cellules de Sertoli dont le dysfonctionnement peut entraîner des oligozoospermies et des
azoospermies [76], il serait, peut-être, important de revisiter
ces pathologies au travers de la recherche de la présence de
mutations dans le gène de la transferrine.
Déclaration de conflit d’intérêt : Les auteurs déclarent ne pas
avoir de conflit d’intérêt.
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